Иерархическая модель данных. Структуры данных

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"ПОВОЛЖСКАЯ АКАДЕМИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ

имени П.А. СТОЛЫПИНА"

Филиал ФГОУ ВПО "ПАГС" в г. Ульяновске

КАФЕДРА ЭКОНОМИКИ И УПРАВЛЕНИЯ

РЕФЕРАТ

по дисциплине "Информационные системы"

на тему: "Иерархическая модель данных.
Структуры данных. "

Выполнил:

Студен
4 курса,

заочной
формы обучения,

специальности
032001.65 Документоведение и документационное обеспечение управления

Лузина Татьяна Владимировна

Руководитель:
доцент, кандидат педагогических наук

Титаренко
Юлия Ивановна

Ульяновск 2009

Содержание

Введение

Модели данных

Структурная часть иерархической модели

Структура данных

Операции над данными, определенные в иерархической модели

Управляющая часть иерархической модели

Представление связей в иерархической модели

Известные иерархические СУБД

Заключение

Библиографический список

Развитие средств вычислительной техники обеспечило для сотворения
и широкого использования систем обработки данных разнообразного назначения. Разрабатываются
информационные системы для обслуживания разных систем деятельности, всевозможные
тренажеры и обучающие системы. Одной из принципиальных предпосылок сотворения таковых
систем стала возможность оснащения их "памятью" для скопления, хранения
и систематизация огромных размеров данных. Другой значимой предпосылкой необходимо
признать разработку подходов, а также создание программных и технических средств
конструирования систем, предназначенных для коллективного использования. В данной
связи потребовалось создать особые способы и механизмы управления такового рода
вместе используемыми ресурсами данных, которые стали называться базами данных. Исследования
и разработки, связанные с проектированием, созданием и эксплуатации баз данных,
а также нужных для этих целей языковых и программных инструментальных средств, привели
к появлению самостоятельной ветки информатики, получившей заглавие системы управления
данными.

В настоящее время разработаны и употребляются на персональных
компьютерах около двадцати систем управления базами данных.

Начиная с 60-х годов для работы с данными, стали употреблять
особенные программные комплексы, называемые системами управления базами данных
(СУБД). Системы управления базами данных отвечают за:

физическое размещение данных и их описаний;

поиск данных;

поддержание баз данных в актуальном состоянии;

защиту данных от некорректных обновлений и несанкционированного
доступа;

В зависимости от способа организации (модели) данных в базах
данных (БД) их разделяют на а) иерархические, б) сетевые модели, в) реляционные
модели и г) объектно-ориентированные модели СУБД. Однако в большинстве учебных материалов
обычно различают три класса СУБД, обеспечивающих работу:

1) иерархических,

2) сетевых и 3) реляционных моделей.

"Иерархические структуры" наиболее подробно описывают
положительные и отрицательные черты иерархической модели. Воспринимая окружающий
мир, наше сознание в процессе мышления манипулирует иерархическими понятиями. При
работе с иерархиями используется "семейная" терминология (родители, внуки,
предки, потомки), поскольку семья является самым распространённым примером объектов
(в данном случае - людей), объединенных иерархическими отношениями. ("родитель"
может иметь множество "детей", но не наоборот), организована в виде иерархического
дерева.

В то же время, место объекта в иерархическом дереве - не более
чем условное обозначение связи с другими объектами. Иерархическая структура всего
лишь помогает сохранить, упорядочить и найти объект.

Иерархическая структура представляет совокупность элементов,
связанных между собой по определенным правилам. Объекты, связанные иерархическими
отношениями, образуют ориентированный граф (перевернутое дерево), вид которого представлен
ниже на рис. К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, элемент
(узел), связь. Узел - это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект.
На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. Каждый узел
на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком
уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную
никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые
(подчинённые) узлы находятся на втором, третьем и т.д. уровнях. Количество деревьев
в базе данных определяется числом корневых записей.

К каждой записи базы данных существует только один (иерархический)
путь от корневой записи. Например, как видно из рис.2, для записей С4 путь проходит
через записи А и В3.

Основными информационными единицами в иерархической модели данных
являются сегмент и поле.

Поле данных определяется как наименьшая неделимая единица данных,
доступная пользователю.

Для сегмента определяются тип сегмента и экземпляр сегмента.
Экземпляр сегмента образуется из конкретных значений полей данных. Тип сегмента
- это поименованная совокупность входящих в него типов полей данных. Иерархическая
модель данных базируется на графовой форме построения данных, и на концептуальном
уровне она является просто частным случаем сетевой модели данных. В иерархической
модели данных вершине графа соответствует тип сегмента или просто сегмент, а дугим
- типы связей предок - потомок. В иерархических структуpax сегмент - потомок должен
иметь в точности одного предка.

Иерархическая модель представляет собой связный неориентированный
гpaф древовидной структуры, объединяющий сегменты. Иерархическая база данных состоит
из упорядоченного набора деревьев.

Организация данных в СУБД иерархического типа определяется в
терминах: элемент, агрегат, запись (группа), групповое отношение, база данных.

Атрибут (элемент данных) - наименьшая единица структуры данных.
Обычно каждому элементу при описании базы данных присваивается уникальное имя. По
этому имени к нему обращаются при обработке. Элемент данных также часто называют
полем.

Запись - именованная совокупность атрибутов. Использование записей
позволяет за одно обращение к базе получить некоторую логически связанную совокупность
данных. Именно записи изменяются, добавляются и удаляются. Тип записи определяется
составом ее атрибутов. Экземпляр записи - конкретная запись с конкретным значением
элементов

Групповое отношение - иерархическое отношение между записями
двух типов. Родительская запись (владелец группового отношения) называется исходной
записью, а дочерние записи (члены группового отношения) - подчиненными. Иерархическая
база данных может хранить только такие древовидные структуры.

Корневая запись каждого дерева обязательно должна содержать ключ
с уникальным значением. Ключи некорневых записей должны иметь уникальное значение
только в рамках группового отношения. Каждая запись идентифицируется полным сцепленным
ключом, под которым понимается совокупность ключей всех записей от корневой по иерархическому
пути.

При графическом изображении групповые отношения изображают дугами
ориентированного графа, а типы записей - вершинами (диаграмма Бахмана).

Для групповых отношений в иерархической модели обеспечивается
автоматический режим включения и фиксированное членство. Это означает, что для запоминания
любой некорневой записи в БД должна существовать ее родительская запись (подробнее
о режимах включения и исключения записей сказано в параграфе о сетевой модели).
При удалении родительской записи автоматически удаляются все подчиненные.

ДОБАВИТЬ в базу данных новую запись. Для корневой записи обязательно
формирование значения ключа.

ИЗМЕНИТЬ значение данных предварительно извлеченной записи. Ключевые
данные не должны подвергаться изменениям.

УДАЛИТЬ некоторую запись и все подчиненные ей записи.

ИЗВЛЕЧЬ корневую запись по ключевому значению, допускается также
последовательный просмотр корневых записей

извлечь следующую запись (следующая запись извлекается в порядке
левостороннего обхода дерева)

В операции ИЗВЛЕЧЬ допускается задание условий выборки (например,
извлечь сотрудников с окладом более 1 тысячи руб.)

Все операции изменения применяются только к одной "текущей"
записи (которая предварительно извлечена из базы данных). Такой подход к манипулированию
данных получил название "навигационного".

иерархическая модель база связь

В рамках иерархической модели выделяют языковые средства описания
данных (ЯОД) и средства манипулирования данными (ЯМД). Каждая физическая база описывается
набором операторов, обусловливающих как ее логическую структуру, так и структуру
хранения БД. При этом способ доступа устанавливает способ организации взаимосвязи
физических записей.

Определены следующие способы доступа:

иерархически последовательный;

иерархически индексно-последовательный;

иерархически прямой;

иерархически индексно-прямой;

индексный.

Помимо задания имени БД и способа доступа описания должны содержать
определения типов сегментов, составляющих БД, в соответствии с иерархией, начиная
с корневого сегмента. Каждая физическая БД содержит только один корневой сегмент,
но в системе может быть несколько физических БД. Среди операторов манипулирования
данными можно выделить операторы поиска данных, операторы поиска данных с возможностью
модификации, операторы модификации данных. Набор операций манипулирования данными
в иерархической БД невелик, но вполне достаточен.

Тип "дерево" является составным. Он включает в себя
подтипы ("поддеревья"), каждый из которых, в свою очередь, является типом
"дерево". Каждый из типов "дерево" состоит из одного "корневого"
типа и упорядоченного набора (возможно пустого) подчиненных типов. Каждый из элементарных
типов, включенных в тип "дерево", является простым или составным типом
"запись". Простая "запись" состоит из одного типа, например,
числового, а составная "запись" объединяет некоторую совокупность типов,
например, целое, строку символов и указатель (ссылку).

К достоинствам иерархической модели данных относятся эффективное
использование памяти ЭВМ и неплохие показатели времени выполнения основных операций
над данными. Иерархическая модель данных удобна для работы с иерархически упорядоченной
информацией.

Недостатком иерархической модели является ее громоздкость для
обработки информации с достаточно сложными логическими связями, а также сложность
понимания для обычного пользователя.

Типичным представителем (наиболее известным и распространенным)
является Information Management System (IMS) фирмы IBM. Первая версия появилась
в 1968 г.

Time-Shared Date Management System (TDMS) компании
Development Corporation;

Mark IV Multi - Access Retrieval System компании
Control Data Corporation;

System - 2000 разработки SAS-Institute;

Серверы каталогов, такие, как LDAP и Active Directory (допускают
чёткое представление в виде дерева).

По принципу иерархической БД построены иерархические файловые
системы и Реестр Windows.

С ростом популярности СУБД в 70-80-х годах появилось множество
различных моделей данных. У каждой из них имелись свои достоинства и недостатки,
которые сыграли ключевую роль в развитии реляционной модели данных, появившейся
во многом благодаря стремлению упростить и упорядочить первые модели данных.

Современные БД основываются на использовании моделей данных,
позволяющих описывать объекты предметных областей и взаимосвязи между ними. Модели
данных используются, как для концептуального, так и для логического и физического
представления данных.

Основное различие между этими моделями данных состоит в способах
описания взаимодействий между объектами и атрибутами.

1. Зеленков Ю.А. "Введение в базы данных". Учебный курс.

http://www.mstu.edu.ru/education/materials/zelenkov/toc.html

2. Bachman C. W. The Programmer as Navigator, CACM
16.11, Nov. 1973.

3. Журнал "СУБД" № 1, 1995. Реляционная модель данных для
больших совместно используемых банков данных

http://www.osp.ru/dbms/1995/01/01. htm

4. New Data Management Markets. Gartner Group, August
1999

5. Интернет сайт Oracle corporation.

http://www.oracle9i.ru/partnerinfo/select_stories.
phtml

6. Интернет сайт Oracle corporation.

http://www.oracle.com/global/ru/ip/10g/database/index.html